Сила суммарного сопротивления дороги определяется из выражения:

.

(29)

Если специально не оговорено, расчет силы следует проводить для условия движения АТС, при которых, согласно задания, достигается максимальная скорость движения , т.е. принимаем в расчете, что . В противном случае, расчет следует проводить для условия движения АТС по горизонтальной дороге с твердым и ровным покрытием. При этом, если максимальная скорость движения АТС не превышает , то принимаем, что , где – коэффициент сопротивления качению колеса АТС. Расчетные значения коэффициента сопротивления, согласно рекомендации [3], составляют:

0,015 – для легковых АТС;

0,018 – для двухосных грузовых АТС и автобусов;

0,020 – для трехосных грузовых АТС;

0,025 – для полноприводных АТС.

В рассмотренных выше случаях, зависимость представляет собой прямую линию параллельную оси абсцисс, для построения которой необходимо определить одно значение (см. рисунки 1.5, 1.6).

Если скорость АТС выше , то значение определяется по формуле:

,

(30)

где – эмпирический коэффициент; .

Построение графической зависимости

Сила сопротивления воздушной среды (Н) определяется из выражения:

.

(31)

Она рассчитывается для каждой передачи и каждого значения скорости, определенного из выражения (28). Для упрощения расчетов, можно принять, что при скоростях меньших .

Результаты расчета силы сопротивления воздушной среды заносим в соответствующие графы таблиц 1.3 или 1.4.

Кривую зависимости для лучшего зрительного восприятия графика силового баланса необходимо построить лишь для высшей передачи коробки передач в трансмиссии АТС. На графике силового (тягового) баланса АТС при построении кривой зависимости значение силы суммируют со значением (см. рисунки 1.5 и 1.6).

Построение графической зависимости

Сила сопротивления (приведенная сила инерции) (Н) определяется из выражения:

,

(32)

где – коэффициент учета влияния вращающихся масс;

– ускорение АТС, .

Зависимость может быть нанесена на график в том случае, если известна зависимость . Методика определения величин и построения зависимости изложена ниже.

Как правило, кривые на графике силового баланса не строят. При необходимости, величина для заданной скорости движения АТС и принятого дорожного сопротивления, определенного значением , определяется по величине ординаты между кривыми и .

1.3.6 Построение графика динамической характеристики

Зависимость динамического фактора от скорости движения АТС называется динамической характеристикой.

Динамический фактор – это безразмерная величина, представляющая отношение свободной силы тяги (разности окружной силы и силы сопротивления воздуха) к весу АТС.

Для построения динамической характеристики АТС необходимо рассчитать значения согласно выражения (33). Результаты расчета в виде последовательных вычислений числителя формулы (33), т.е. и соответствующих значений , заносим в таблицу 1.3 или 1.4.

.

(33)

По табличным данным значений и вычисленных ранее, согласно выражения (28), соответствующих значений , строим динамическую характеристику АТС в системе координат .

На графике динамической характеристики необходимо изобразить прямые, соответствующие значениям и , исходя из того, что уравнение тягового баланса, учитывая определения понятия "динамический фактор", можно записать в виде:

.

(34)

График динамической характеристики дает возможность достаточно полно определить тягово-скоростные данные АТС при его проектировании, а также судить о возможности проектируемого АТС работать в заданных условиях эксплуатации.

1.3.7 Построение графика ускорений АТС при разгоне

График ускорений АТС строят на основе имеющейся динамической характеристики, используя уравнение:

.

(35)

Максимально возможное ускорение АТС при движении в заданных дорожных условиях – один из оценочных параметров приемистости. Для случая работы двигателя с полной подачей топлива, максимальное ускорение определяется из выражения:

.

(36)

Из уравнения (35) видно, что зависит от , V_а и включенной передачи, поскольку и .

Если специально не оговорено, расчет ускорений следует производить для условий движения АТС, при которых, согласно условия задания, достигается максимальная скорость движения, т.е. принимаем, что . В противном случае, при расчете следует исходить из условий, аналогичных изложенным в методике расчета силы суммарного сопротивления дороги (см. пункт 1.3.5).

Коэффициент учета вращающихся масс определяется для каждой передачи, включенной в трансмиссии АТС, по формуле:

, (37)

где – сумма моментов инерции всех колес АТС, . Значения моментов инерции колес некоторых АТС представлены в Приложении А. В расчете можно принять значения , ориентируясь на табличные данные приложения [4].

– момент инерции вращающихся масс двигателя, . Значения моментов инерции вращающихся масс некоторых автомобильных ДВС представлены в приложении Б. В расчете можно принять значения , близкие к указанным в приложении [4].

– переменная часть общего передаточного числа трансмиссии.

В практике приближенных расчетов принимают, согласно рекомендации [2], для одиночных АТС ; (меньшие значения относятся к более тяжелым автомобилям).

Если загрузка АТС отличается от номинальной, коэффициенты и могут быть получены путем умножения их значений для АТС с номинальной нагрузкой на отношение , где и – вес АТС при расчетной и номинальной нагрузках соответственно.

Имея динамическую характеристику АТС, а также определившись со значениями и , рассчитываем значения максимально возможных ускорений АТС, используя выражение (36). Для упрощения расчетов , вычисляем предварительно в формуле (36) значения числителя , а затем . Результаты вычисления заносим в соответствующие горизонтальные и вертикальные графы таблицы 1.3 или 1.4, обозначенные символами , и .

По табличным данным, имея значения и соответствующие им значения , строим графики зависимости для различных значений и (рисунки 1.9 и 1.10).

У

грузовых АТС с многоступенчатыми коробками передач (четыре и более), как правило , так как на первой передаче вся энергия при разгоне АТС идет не на разгон АТС, а на раскручивание его вращающихся масс.

Точная оценка приемистости АТС по графику весьма затруднительная, поскольку у различных автомобилей могут отличаться не только на каждой передаче, но и характер зависимости , а также число ступеней трансмиссии.

1.3.8 Построение графиков времени и пути разгона АТС

Время и путь разгона АТС в заданном интервале скоростей более удобны и наглядны для оценки приемистости автомобиля, чем величины ускорений, развиваемых при разгоне. Для оценки динамики разгона АТС, наряду с используют следующие зависимости:

– скорости движения АТС при разгоне от времени;

– скорости движения АТС при разгоне от пройденного пути.

Графики этих зависимостей принято называть, соответственно, графиками времени и пути разгона АТС.

Время и путь разгона АТС на определенной передаче в интервале скоростей от до определенного значения находятся исходя из следующих соотношений:

,

(38)

.

(39)

Для теоретического определения и используем методику профессора Н.А.Яковлева, представляющую собой графоаналитический метод интегрирования выражений (38) и (39).

Построение графика

Согласно методики, вначале необходимо построить график величин обратных ускорениям АТС, . Для облегчения построения графика, результаты вычисленных значений заносим в соответствующие ячейки горизонтальных граф таблиц 1.3 или 1.4. По табличным данным строим кривые зависимости , представленные на рисунках 1.11 и 1.12.

Согласно методики расчета, от крайних точек под кривыми , соответствующих минимальному и максимальному значениям величин, обратных ускорениям, соответственно и (или близким к максимальному при ДВС без ограничителя, см. рисунок 1.11), опускаем вертикальные прямые до пересечения с осью абсцисс. Получаем на оси абсцисс участок, ограниченный точками и (при ДВС с ограничителем), или точками и (при ДВС без ограничителя частоты вращения). Этот участок оси абсцисс разбиваем на k-тое число интервалов (минимум шесть). От граничных точек интервалов проводим вертикальные прямые до пересечения с кривыми , т.е. обозначаем границы участков , площади которых необходимо вычислить.

Для удобства вычислений площади участка можно разбить на отдельные площадки , , … так, чтобы они представляли собой геометрические фигуры (трапецию, прямоугольник и т.п.), площади которых можно легко подсчитать по математическим формулам. Тогда площади участков будут представлять собой сумму площадей площадок с геометрическими фигурами:

.

(40)

Результаты подсчета площадей участков под кривой заносим в соответствующие ячейки горизонтальной графы таблицы 1.5, обозначенные символами " ".

Таблица 1.5 Результаты расчета графиков времени и пути разгона АТС

					…
		0			…
		0			…
		0			…
		0			…
		0			…
		0			…

Следующий этап графоаналитического метода интегрирования – это поэтапное суммирование площадей участков . Результаты суммирования заносим в соответствующие ячейки горизонтальной графы таблицы 1.5, обозначенные символом .

Результаты суммирования площадей графика определяют время разгона АТС– . С учетом масштабных коэффициентов графика значения времени разгона определяются из выражения:

,

(41)

где – масштаб величин, обратных ускорениям АТС, ;

– масштаб скоростей АТС, ;

– результаты поэтапного суммирования площадей участков на графике , .

Результаты вычислений значений времени разгона АТС заносим в соответствующие ячейки горизонтальной графы таблицы 1.5, обозначенные символом .

Для построения кривой зависимости скорости движения АТС при разгоне от времени разгона , , необходимо определиться со значениями скорости АТС, соответствующими вычисленным значениям времени разгона. Эти значения определяются из графика и равны величинам скоростей, точки которых на графике расположены по оси абсцисс на серединах интервалов, определяющих границы участков на графике (на рисунках 1.11 и 1.12 эти точки обозначены, соответственно, , ,…, ). Установленные значения скоростей заносим в соответствующие ячейки горизонтальной графы таблицы 1.5, обозначенной символом " ".

По табличным данным строим график зависимости , представленный на рисунке 1.13.

Если в задании специально не оговорены условия построения графика, то график времени разгона, а затем и график пути разгона, строятся для случая, когда разгон начинается с минимальной скорости движения АТС на низшей передаче и заканчивается на высшей при скорости близкой к максимальной. У АТС, имеющих дополнительную коробку с понижающей передачей, при расчете графиков времени и пути разгона по дороге с твердым покрытием эта передача в расчет не принимается.

Построение графика

Для построения графика пути разгона АТС, согласно методики Н.Я.Яковлева, всю площадь между кривой и осью абсцисс разбиваем на k-тое число отдельных участков , площади которых необходимо вычислить (см. рисунок 1.13). Разбивку проводим так, чтобы эти участки соответствовали ранее назначенным на графике времени разгона скоростям, т.е. горизонтальные прямые, проведенные из точек , , … проходили через середину участков , , … соответственно (см. рисунок 1.13). Результаты подсчета площадей участков заносим в соответствующие ячейки горизонтальной графы таблицы 1.5, обозначенные символом " ". Затем, как и в предыдущем случае, проводим суммирование площадей участков. Результаты суммирования заносим в соответствующие ячейки горизонтальной графы таблицы 1.5, обозначенные символом " ".

Результаты суммирования площадей графика определяют путь разгона АТС – . С учетом масштабных коэффициентов графика значения пути разгона определяются из выражения:

,

(42)

где – масштаб величин времени разгона, ;

– масштаб скорости АТС, ;

– результаты поэтапного суммирования площадей участков на графике , .

Результаты вычислений значений пути разгона АТС заносим в соответствующие ячейки горизонтальной графы таблицы 1.5, обозначенные символом " ". По табличным данным строим кривую зависимость . При построении кривой зависимости скорости движения АТС от пути разгона значения скорости принимаются те же, что и при построении графика , т.е. значения , находящиеся в соответствующих ячейках горизонтальной графы " " таблицы 1.5. Допускается совмещение изображения графика и графика (см. рисунок 1.14).

1.3.9 Построение графика мощностного баланса АТС

График мощностного баланса иллюстрирует распределение мощности, развиваемой двигателем АТС по видам сопротивления движению. Основой построения графика является уравнение силового баланса (24), из которого получают уравнение мощностного баланса, умножив все его члены на скорость движения АТС:

,

,

(43)

где – мощность, подводимая к ведущим колесам (тяговая мощность), ;

– мощность, затрачиваемая на преодоление суммарного сопротивления дороги, ;

– мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздушной среды, ;

– мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления разгону АТС, .

График мощностного баланса строится в координатах . На графике наносятся кривые следующих зависимостей:

• расчетной мощности на коленчатом валу от скорости движения АТС, на всех передачах в трансмиссии;

• тяговой мощности на колесах при установившемся движении АТС, на всех передачах в трансмиссии;

• мощности, затрачиваемой на преодоление дорожного сопротивления от скорости движения АТС, для высшей передачи в трансмиссии;

• суммарной мощности, затрачиваемой на преодоление дорожного сопротивления и сопротивления воздушной среды от скорости движения АТС, для высшей передачи в трансмиссии.

Для облегчения построения графика мощностного баланса, упрощения и наглядности расчетов необходимо составить расчетную таблицу согласно представленной формы (таблица 1.6 или 1.7).

Таблица 1.6 Результаты расчета графика мощностного баланса АТС с ДВС без ограничителя

			…
…	…	…	…	…	…
…	…	…	…	…	…

Таблица 1.7 Результаты графика мощностного баланса АТС с ДВС с ограничителем

			…
…	…	…	…	…	…	…
…	…	…	…	…	…	…
…	…	…	…	…	…	…

Если нет указаний на построение графика мощностного баланса АТС при понижающих передачах в дополнительной коробке, то горизонтальные графы таблицы 1.6 или 1.7, обозначенные индексам " … ", должны быть построены n-е число раз, равное числу передач в основной коробке передач. В противном случае число этих граф с индексом " " увеличивается в число раз, равное числу ступеней в дополнительной коробке.

Числовые значения, необходимые для заполнения ячеек горизонтальных граф таблиц 1.6 или 1.7, обозначенные индексами " ", " ", " ", переносятся из соответствующих граф таблиц 1.3 или 1.4.

Построение графической зависимости

Исходя из табличных данных значений мощности на коленчатом валу двигателя при различных частотах его вращения и соответствующих этим частотам скоростям движения АТС на различных передачах в трансмиссии , строим кривые зависимости . Число кривых равняется числу передач в трансмиссии. Графики баланса с кривыми представлены на рисунках 1.15 и 1.16.

Построение графической зависимости

Тяговая мощность на ведущих колесах – определяется из выражения:

.

(44)

Результаты расчета мощности, согласно выше представленного выражения (44), заносим в соответствующие ячейки горизонтальной графы " " таблицы 1.6 или 1.7. Исходя из табличных данных значений и соответствующих им значений скоростей движения АТС на различных передачах в трансмиссии, строим кривые зависимости . Число кривых равно числу передач в трансмиссии.

Построение графической зависимости

Мощность, затрачиваемая на преодоление дорожного сопротивления движению АТС – , определяется из выражения:

.

(45)

При расчете следует иметь в ввиду, что зависимость линейна и проходит через начало координат. Поэтому для построения графика этой зависимости достаточно определить координаты одной точки для любого значения скорости движения АТС.

Если специально не оговорено, расчет мощности, затрачиваемой на преодоление дорожного сопротивления, следует производить для условий движения АТС, при которых, согласно задания, достигается максимальная скорость движения, т.е. принимаем что . В противном случае, при расчете следует исходить из условий, аналогичных изложенным в методике расчета силы суммарного сопротивления дороги (см. пункт 1.3.5).

Как отмечалось выше, на графике мощностного баланса, как правило, строится лишь одна графическая зависимость . Поэтому расчет, согласно выражения (45), ведем лишь для скоростей развиваемых АТС на высшей передаче. Результаты расчета заносим в соответствующую графу " " таблицы 1.6 или 1.7. По табличным данным строим зависимость .

При необходимости, на графике аналогичным образом могут быть построены зависимости и для других передач в трансмиссии АТС.

Построение графической зависимости

Как отмечалось ранее, кривая суммарной мощности, затрачиваемой на преодоление дорожного сопротивления и сопротивления воздушной среды от скорости движения АТС , строится так же лишь для высшей передачи в трансмиссии.

Для построения зависимости необходимо определить мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивления воздушной среды при движении АТС на высшей передаче, выполнив расчет согласно следующей формулы:

.

(46)

Результаты расчета заносим в соответствующие ячейки графы " " таблицы 1.6 или 1.7, которые затем суммируем с вычисленными ранее значениями . Результаты суммирования так же заносим в ячейки горизонтальной графы таблицы, обозначенной индексом " ". По табличным данным строим кривую зависимости .

Если расчеты выполнены верно и кривые построены правильно, то графические зависимости и должны иметь одну общую точку, соответствующую мощности, затрачиваемой АТС на движение с максимальной скоростью - . Наличие общей точки объясняется из уравнения мощностного баланса (43), в котором при слагаемое , т.е. разгона АТС не происходит, и уравнение (43) принимает вид:

.

(47)